随着人们对减少环境污染和洁净高效能源的需求越来越高,对燃料减排和高效利用的研究尤为重要。民用大粒径散煤和成型生物质颗粒的燃烧污染较大,而目前对其研究相对较少。由于大颗粒燃料内部温度梯度不可忽略,且该梯度影响燃料的水分蒸发、热解燃烧等过程,因此需要深入理解大颗粒燃料内部温度分布对燃烧过程的影响。采用计算流体力学数值模拟方法分析大颗粒内部导热和颗粒与流体对流传热,对大颗粒燃料传热特性的研究具有重要的意义。本文通过对单个球形大颗粒与周围空气的对流传热进行模拟验证,并对等温边界、等热流边界以及流固耦合边界条件的设置对模拟结果的影响进行了讨论。结果表明,等温边界与流固耦合边界的模拟结果与实验数据和经验关联式结果吻合,而等热流边界条件模拟结果高于上述值。局部努塞尔数的分布与流体流动状态紧密相关,当流动稳定且不发生分离时,努塞尔数从前滞点到后滞点逐渐减小;当出现非稳态涡漩时,努塞尔数从前滞点到分离角附近逐渐减小并出现最小值,后逐渐增大直至后滞点,且努塞尔数波动频率与曳力系数波动频率一致。对单个球形大颗粒与周围水的对流传热进行模拟的结果表明,局部努塞尔数的分布规律与空气-颗粒传热分布一致,但努塞尔数的波动频率与曳力系数的波动频率并不一致,由于水的普朗特数较大,热容大,因此传热对流动波动的跟随并不完全一致。流固耦合模拟发现了“逆温现象”,进而考察了流体计算域、边界条件和普朗特数等对逆温现象的影响。结果表明,计算域对宏观努塞尔数有影响,但所研究计算域范围内均发生逆温现象;流固耦合模拟能够捕捉到逆温现象,而等温模拟没有发生逆温现象;在所研究的普朗特数范围内(7～700),均发生逆温现象;逆温现象发生的雷诺数高限在雷诺数2630以上。采用流固耦合模型对大颗粒烟煤与周围空气的传热进行了模拟。模拟结果的宏观努塞尔数与经验关系式趋势一致。由于颗粒内部热阻较大,颗粒内部温度分布存在较强的非均匀性,进而影响大颗粒燃料燃烧过程中水分蒸发、挥发分析出、焦炭燃烧等特性。